Фінансова доцільність, екологічний впливта вибір технологічного процесу виготовлення волокнисто-армованих аерокосмічних конструкцій

Abstract

UA: Незважаючи на добре задокументовані структурні переваги армованих волокном полімерних композитів в аерокосмічній галузі, їх фінансові та екологічні характеристики нині привертають дедалі більшу увагу авіакомпаній, регуляторів і ринків капіталу. У статті досліджуються конструкції з ВПВУ (вуглецево-волокнистого полімерного з’єднувача) та СВВУ (скловолокнистого полімерного з’єднувача) за трьома взаємопов’язаними напрямами: загальна вартість життєвого циклу, екологічне навантаження та ефективність виробничого процесу. Порівняльний аналіз витрат за 20-річним операційним горизонтом демонструє, що підвищені початкові витрати на ВПВУ – на закупівлю матеріалів і виробництво – повністю відшкодовуються завдяки економії палива внаслідок зменшення структурної маси, як правило, впродовж двох–п’яти років авіаексплуатації. З екологічного боку виробництво ВПВУ несе значне вбудоване енергетичне навантаження (близько 2 800 МДж на компонент), яке компенсується через дев’ять років служби. Неможливість утилізації вуглецевого волокна з термореактивних конструкцій ВПВУ наприкінці строку служби визначена як ключова невирішена проблема сталого розвитку. Структурована оцінка трьох виробничих процесів – ручного укладання, автоматичного укладання волокна (АУВ) та трансферного формування смоли (ТФС) – за шістьма критеріями надає практичні рекомендації щодо вибору процесу залежно від обсягу виробництва та геометричної складності. /// EN: While the structural merits of fibre-reinforced polymer composites in aerospace have long been established, their financial and environmental credentials are now attracting equally rigorous scrutiny from airlines, regulators and capital markets. This article evaluates CFRP and GFRP aerospace structures across three interconnected dimensions: total lifecycle cost, environmental burden and manufacturing process performance. A comparative cost analysis spanning a 20-year operational horizon demonstrates that the elevated upfront expenditure associated with CFRP is comprehensively recovered through fuel savings arising from structural weight reduction, typically within two to five years of entering airline service, ultimately delivering a net cost advantage that substantially undercuts aluminium alloy alternatives. On the environmental side, CFRP production carries a substantial embedded energy cost (approaching 2 800 MJ per component) that must be progressively paid back through in-service fuel efficiency gains, with full energy break-even achieved at roughly nine years. The inability to recover high-value carbon fibre from end-of-life thermoset components at economically viable cost is identified as the central unresolved sustainability challenge, with thermoplastic matrix systems and bio-derived fibre precursors representing the most credible near-term responses. A structured evaluation of hand lay-up, automated fibre placement and resin transfer moulding against six performance criteria provides actionable process selection guidance.